Консультация № 201226
27.06.2021, 10:39
0.00 руб.
1 10 1
Здравствуйте, уважаемые эксперты! Прошу вас помочь с решением задачи:
Найдите силы натяжения нитей и ускорения грузов в системе, показанной на рисунке.
Прикрепленные файлы:
16247795731593706085753986834619.jpg

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
27.06.2021, 16:27
общий
Адресаты:
А где числовые значения указаных масс ?
давно
Посетитель
405175
1
28.06.2021, 05:29
общий
Адресаты:
Их нет. Массы равны m1, m2, m3.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
28.06.2021, 15:23
общий
Адресаты:
Я бы уже решил Вашу задачу в Маткаде, если бы массы были заданы в конкретных числах. Без чисел (в символьном виде) придётся повозиться дольше и вручную. Используем школьный метод "От простого к сложному", представим для начала, будто у нас всего 1 блок с массами m1 и m2 .Допустим, m2 > m1 . Тогда груз m2 начнёт опускаться с ускорением a2 , направленным вниз.

По 2му закону Ньютона модуль a2 = (m2*g - m1*g) / (m2 + m1) = g*(m2 - m1) / (m2 + m1)
Сила F2 натяжения нити не даёт грузу m2 упасть с ускорением g , тк они связаны тем же "Ньютоном":
m2*g - F2 = m2*a2 . Отсюда получим
F2 = m2*g - m2*a2 = m2*g*[1 - (m2 - m1) / (m2 + m1)] = m2*g*[(m2 + m1) - (m2 - m1)] / (m2 + m1) = 2*m1*m2*g / (m1 + m2)

Проверяем идею: Если задать m1 = 0 , то a2 = g , а F2 = 0 ==> груз m2 падает свободно.
Если задать m2 = 0 , то a2 = -g , а F2 = 0 ==> груз m1 падает свободно.
Если m1 = m2 , то a2 = 0 , F2 = m1*g = m2*g - неподвижное равновесие.

Дополняем формулу для груза m1 : понятно, что направление его ускорение a1 противоположно направлению ускорения a2 , и хочется начертить вектор a1 направлением вверх. Но мы не имеем числовых данных, не знаем соотношение масс m1 и m2 . Поэтому для симметрирования формул направляем стрелку a1 вниз и по аналогии с a2 задаём формулу:
a1 = g*(m1 - m2) / (m1 + m2)
У кого из этих грузов масса меньше, у того выражение a1 либо a2 получат знак "-" , соответствующий направлению вверх.
F1 = 2*m1*m2*g / (m1 + m2) = F2

Усложняем задачу: Добавляем 2й блок с массой m3 . Пусть m3 > m1 + m2 . Невесомому наблюдателю, находящемуся внутри корпуса m3, совершенно безразлично, какая конструкция прикреплена на противоположном конце нити : единое тело массой m1+m2 либо блок с перекатывающимися теми же массами. Закон Ньютона незыблем:
a3 = g*[m3 - (m1 + m2)] / [m3 + (m1 + m2)] = g*(m3 - m1 - m2) / (m1 + m2 + m3)
Половина задачи решена. Проверяем формулу подстановкой нулей вместо масс-переменных либо заданием m3 = m1+m2 .

Осталось правильно сложить силы натяжения. Дальше сами справитесь?
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
29.06.2021, 19:18
общий
Адресаты:
На тот случай, если Владимир Николаевич не оформит ответ в этой консультации, а у меня появится желание сделать это, сообщите, пожалуйста, из какого источника Вы взяли задачу, в каком учебном заведении Вы учитесь и что мешает Вам самостоятельно решить задачу.
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
30.06.2021, 08:49
общий
Адресаты:
Владимир Николаевич! Вы берётесь ответить на вопрос в этой консультации?
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
30.06.2021, 09:58
общий
Адресаты:
Нет, мне жалко тратить время на вёрстку качественного Ответа для лентяя, который попросил помощи и забросил свою Консультацию (см dssddssd14 \ Последнее посещение: 28.06.2021, 18:28 (1 сут 15 час … назад).
А отправлять тяп-ляп-Ответ - наш грозный Управляющий заругает…
Вы любите писать ответы - я не возражаю.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
30.06.2021, 11:05
общий
Предлагаю продлить срок действия консультации на пять суток.
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
04.07.2021, 16:20
общий
это ответ
Здравствуйте, dssddssd14!

Предлагаю Вам следующее решение задачи, основанное на том, что помимо уравнений движения нужно учитывать кинематические условия, выражающие собой соотношения между ускорениями тел системы, обусловленные связями внутри неё. Например, грузы, связанные нерастяжимой нитью, имеют одинаковые по величине ускорения. Если нити считаются нерастяжимыми и невесомыми, блоки невесомыми, а трением пренебрегают, то натяжения нитей постоянны по всей их длине.

Дано: рисунок с изображением системы, состоящей из одного неподвижного блока, одного подвижного блока и трёх грузов, имеющих массы
Определить: силы натяжения нитей и ускорения грузов в системе.

Решение


Расчётная схема показана на рисунке в прикреплённом файле. Инерциальную систему отсчёта (ИСО) свяжем с неподвижным потолком, к которому подвешен неподвижный блок. Координатную ось направим вертикально вниз. Сила натяжения перекинутой через невесомый блок невесомой и нерастяжимой нити одинакова по всей её длине. Поэтому, а также в силу того, что неподвижный блок не перемещается в вертикальном направлении,

Предположим, что Тогда груз будет двигаться вверх с ускорением а подвижный блок с подвешенными к нему грузами и -- вниз с тем же ускорением.

В проекции на координатную ось уравнение движения груза будет иметь такой вид:

откуда получим, что


В проекции на координатную ось уравнения движения грузов и таковы:


Относительно подвижного блока грузы и движутся с одинаковыми по величине ускорениями В принятой ИСО Тогда из записанных выше уравнений получим


откуда





Для подвижного блока





Тогда


При этом

(см. выше),

(см. выше).

(Здесь я сознательно отказался от выполнения громоздких преобразований, чреватых ошибками. И без них на решение задачи и оформление ответа я затратил больше трёх часов. Такие задачи, по-моему, уместны только как наказание...)

Ответ: ; где
Прикрепленные файлы:
201226 Рисунок к решению.png
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18345
04.07.2021, 16:24
общий
Адресаты:
Указанные в предложенном решении формулы не зависят от конкретных значений масс грузов. Если величина того или иного ускорения после подстановки в формулу числовых значений масс грузов окажется отрицательной, то в действительности это ускорение направлено в противоположную сторону по сравнению с принятым при выводе формул.
Об авторе:
Facta loquuntur.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
12.07.2021, 10:51
общий
Адресаты:
Вы не сделали простой проверки и выпустили "в Эфир" НЕправильный Ответ !
Простейшая проверка : задать всем грузам одинаковую единичную массу m1 = m2 = m3 = 1, а g := 10 м/с^2 .
При этом Ваше a3 = 10 / 3 - верно! Но w-выражение в Маткаде вызвало ошиб "Деление на ноль".

Я бережно аннотирую лучшие rfpro-Ответы в "Золотой фонд". Легче всего аннотировать ответы Konstantin Shvetski , мой VBScript мигом превращает его фрагменты 2*5 в 2·5 , m_1 в m1 … Поэтому его Ответы я обрабатываю без задержки.
Вы же злоупотребляете тэгами "Формула", не задумываясь о том, что каждую Вашу мизер-формулу сервер заменяет картинкой + ссылкой на эту картинку из html-кода. Текстовая фраза "m1" занимает всего 2 Байта (1 Байт / символ), а картинка с изображением "m1" занимает как минимум 1 кластер на жёстком диске (4 кБайт) + ссылка на картин-файл, то есть в тысячи раз больше!

Чтоб сэкономить место на жёст-диске, мне приходится вручную конвертировать Ваши картин-формулы обратно в текст (вот такую дурную работу мы с Вами делаем : туда + обратно). Поэтому проверить Ваш Ответ мне удалось с Б запозданием.

Также я окультурил Ваш схематический чертёж (прилагаю), а то Ваш вектор a3 был совсем неразборчив изза жёлтого по белому. Можете заменить свой чертёж моим в своём Ответе.
Прикрепленные файлы:
Форма ответа